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氢是一种很有前途的重型卡车替代燃料，支持运输脱碳和参与更清洁的交通：在FCEV的情况下达到零排放。然而，氢储存带来了一些需要解决的技术和经济挑战。在本文中，我们根据参与RHeaDHy项目的公司之一、氢存储系统设计专家FORVIA的经验，介绍了重型卡车氢存储相关的经验知识。
存储容量
重型卡车储氢的主要挑战之一是最大化车载氢气量以达到最佳运行范围。在RHeaDHy内部，我们的储氢容量为100公斤，符合加氢站10分钟加满100公斤的目标。这是一个雄心勃勃的目标，因为目前市场上还没有这样的系统。
大多数卡车制造商仍处于原型或小车队阶段，存在一些架构限制。由于道路车辆尺寸有限，70MPa压缩氢气的能量体积密度低于柴油或电池，并且市场趋势是行驶里程最大化，因此对储氢系统集成的车辆约束非常重要。目前，大多数氢卡车项目的目标是安装60-80公斤的系统。
约束
重型卡车储氢的另一个挑战是设计一种能够适应车辆包装限制并符合安全和性能要求的系统。一个独特的100公斤的储罐大约3.5米长，直径1米(内部尺寸)。目前大多数欧洲卡车都无法整合这样的容量。Forvia在设计这样一个系统时面临几个限制，例如：
车内集成：在目前的欧洲重型卡车架构下，氢气容量有限。储罐通常安装在驾驶室后面或车辆轴上，欧盟关于车辆最大尺寸的规定限制了可用空间和储罐长度。
系统架构设计：系统由多个不同尺寸和形状的储罐组成(如图1所示)，导致不同的热行为，系统还包括阀门、管道、传感器和其他需要优化和集成的组件。
图1：Forvia为卡车设计的两种不同的氢气存储架构。
Forvia正在开发符合当前标准和规范的IV型储罐。这些储罐由塑料衬里和碳纤维复合机械结构制成。这种类型的储罐提供了最佳的重量容量比，需要工具和工艺调整。此外，新的加氢协议标准(SAE J2601-5)设计用于不大于800 L的罐体，相当于约32kg的氢气。这一假设是基于对行业利益相关者的调查结果，包括汽车制造商、CHSS制造商、加氢站制造商和运营商。
模型
为了克服这些挑战，Forvia依靠先进的相关建模和仿真工具，可以预测各种条件下储氢系统的行为。Forvia能够做到：
3D和1D流体/热模拟，以评估氢气流量，温度和压力在罐内和系统。利用三维有限元分析方法对储罐的机械应力进行建模，以保证储罐在不同载荷情况下的结构完整性和安全性。对系统层面的机械应力进行三维有限元模拟，以优化系统架构和集成。
测试
除了建模和仿真之外，Forvia还进行了实验测试，以验证和展示储氢系统的性能和可靠性。
Forvia正在为RHeaDHy项目开发一个专用测试台，该测试台必须是模块化的，这样就可以在100公斤或更小的重量上进行测试。测试台还必须符合R134认证限制，这意味着测试储罐气体温度范围从-40°C到85°C，压力在85°C时高达875bar。在RHeaDHy测试阶段，不会测试任何超出R134边界的内容。
试验台将允许Forvia进行加注和抽取测试，以及耐久性和安全性测试，以评估系统的性能和稳健性。测试结果将为系统的改进和优化提供有价值的反馈和数据。
Forvia相信，为RHeaDHy项目开发的储氢系统将满足重型卡车市场的期望和要求，并将有助于氢动力在欧洲的部署和采用。
作者：来自FORVIA的Loïc Goubin和Sullivan ICARD，来自Benkei的Jean HERISSON
（素材来自：Forvia 全球氢能网、新能源网综合） |
